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用于纺织品的3D打印形状记忆羊毛样材料

   日期:2022-04-17     浏览:48    评论:0    
 哈佛大学的研究人员开发了一种具有形状记忆的可生物降解且可持续的羊毛状材料,可以对其进行3D打印,以创建新颖的纺织品和其他产品。
 
哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的一个团队开发了这种生物材料,该材料是由回收材料制成的。可以将材料3D打印为任何形状,并使用可逆形状记忆进行预编程。
 
这项发明意义重大,不仅因为研究人员创造的材料是利用纺织业的剩余废物制造的,而且还可以帮助产生大量废物的该产业变得更具可持续性。
 
该小组由SEAS生物工程与应用物理教授Kit Parker领导,从剩余的Agora和马海毛中提取的角蛋白开发了材料。角蛋白是一种在头发,指甲和贝壳中发现的纤维蛋白,还用于许多皮肤和头发护理产品中。
 
帕克在一份新闻声明中说:“通过这个项目,我们证明了我们不仅可以回收羊毛,而且可以用从未想象过的回收羊毛来制造东西。这对自然资源的可持续性产生了影响。清除。”
 
形状记忆解决方案
 
SEAS的博士后研究员Luca Cera解释说,研究小组开发的材料可以加工成纤维或3D纺织品,并且像人的头发一样具有由水触发的形状记忆特性。
 
形状记忆意味着材料既可以具有永久形状也可以具有临时形状,这对于开发更通用的服装很有用。
 
Cera告诉《设计新闻》,“可以在特定的刺激下赋予材料任意和临时的形状” 。“一旦去除刺激,材料将保持暂时的形状。如果再次施加刺激,材料将记住该永久形状并动态地转换为永久形状。”
 
他说,这一特性可以应用于服装业,以制造出一种可以适应人体尺寸的全码尺的服装,“从而提高了啤酒店或运动服等服装的舒适度”。
 
Cera补充说:“吸能设备是另一种应用,可能导致设计更舒适的防护装备。”
 
重大问题
 
他向《设计新闻》解释说,由于角蛋白蛋白质二级结构的重新排列,角蛋白具有固有的形状记忆特性,“更具体地说,它是从α螺旋转变为β折叠的” 。
 
Cera解释说:“这种转变可能在负载下发生,并在有水的情况下触发。” “我们以保留角蛋白的天然原纤维和分层结构的方式设计了这种材料,以便在所有长度范围内以各向异性的方式组织α螺旋,并允许出现形状记忆机制。”
 
为了证明这一过程,研究人员通过3D打印各种形状的角蛋白片,并使用过氧化氢和磷酸一钠溶液对材料的永久形状进行编程。这是材料在去除改变它的刺激之后将始终返回的形状。
 
设置好内存后,研究人员发现他们可以对板材进行重新编程并将其成型为新的形状。
 
研究人员进行的一项测试是将一张角蛋白薄片折叠成一个复杂的折纸恒星,作为其永久形状。然后,他们将恒星浸入水中,将其展开并产生延展性,然后将其卷成紧密的管,然后干燥成稳定的形状。然后,他们将试管放回水中以逆转该过程,将试管展开并动态折叠成折纸星。
 
该小组在《自然材料》杂志上发表了一篇有关其工作的论文。
 
未来的应用
 
帕克告诉我们,研究人员目前正在与运动服装制造商讨论如何将这种材料应用于时尚。
 
他告诉《设计新闻》说:“在服装中有多种应用可以适应这些可持续,智能材料所能达到的各种环境。”
 
Parked补充说,研究小组正在关注的材料的其他应用是在心血管再生医学中。
 
从材料工程的角度来看,研究人员计划将形状记忆系统的响应能力从水扩展到其他触发因素,例如光,热或化学信使,Cera告诉我们。
 
他告诉《设计新闻》:“我们未来的研究工作还将集中在纺织品和薄纸工程中的更具体应用上,并基于我们的形状记忆技术实现功能齐全的设备。”
 
 
 
 
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